[論文レビュー] 3-D Magnetotelluric Investigations for geothermal exploration in Martinique (Lesser Antilles). Characteristic Deep Resistivity Structures, and Shallow Resistivity Distribution Matching Heliborne TEM Results

Nicolas Coppo, Jean-Michel Baltassat+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2015

Geophysical and Geoelectrical Methods参考文献 23被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、マーチニクの3つの地熱資源の候補地において3次元磁気電気（MT）逆問題を実施し、火山活動の歴史と関連する明確な深部抵抗率構造を明らかにした。3次元MTモデリングが、スケールおよび静的シフトの違いにもかかわらず、ヘリコプター搭載TEMデータによる検証を経て、浅い深さにおける抵抗率分布を正確に再現できることを示した。

ABSTRACT

Within the framework of a global French program oriented towards the development of renewable energies, Martinique Island (Lesser Antilles, France) has been extensively investigated (from 2012 to 2013) through an integrated multi-methods approach, with the aim to define precisely the potential geothermal ressources, previously highlighted (Sanjuan et al., 2003). Amongst the common investigation methods deployed, we carried out three magnetotelluric (MT) surveys located above three of the most promising geothermal fields of Martinique, namely the Anses d'Arlet, the Montagne Pel{é}e and the Pitons du Carbet prospects. A total of about 100 MT stations were acquired showing single or multi-dimensional behaviors and static shift effects. After processing data with remote reference, 3-D MT inversions of the four complex elements of MT impedance tensor without pre-static-shift correction, have been performed for each sector, providing three 3-D resistivity models down to about 12 to 30 km depth. The sea coast effect has been taken into account in the 3-D inversion through generation of a 3-D resistivity model including the bathymetry around Martinique from the coast up to a distance of 200 km. The forward response of the model is used to calculate coast effect coefficients that are applied to the calculated MT response during the 3-D inversion process for comparison with the observed data. 3-D resistivity models of each sector, which are inherited from different geological history, show 3-D resistivity distribution and specificities related to its volcanological history. In particular, the geothermal field related to the Montagne Pel{é}e strato-volcano, is characterized by a quasi ubiquitous conductive layer and quite monotonic typical resistivity distribution making interpretation difficult in terms of geothermal targets. At the opposite, the resistivity distribution of Anse d'Arlet area is radically different and geothermal target is thought to be connected to a not so deep resistive intrusion elongated along a main structural axis. Beside these interesting deep structures, we demonstrate, after analyzing the results of the recent heliborne TEM survey covering the whole Martinique, that surface resistivity distribution obtained from 3-D inversion reproduce faithfully the resistivity distribution observed by TEM. In spite of a very different sampling scale, this comparison illustrates the ability of 3-D MT inversion to take into account and reproduce static shift effects in the sub-surface resistivity distribution.

研究の動機と目的

• 3次元磁気電気（MT）逆問題を用いて、マーチニクの地熱資源の候補地における深部抵抗率構造を特徴づけること。
• 複雑な火山地形におけるMTデータ解釈に、沿岸効果および静的シフトが与える影響を評価すること。
• 3次元MTによって得られた抵抗率モデルとヘリコプター搭載TEMデータを比較し、浅い深さにおける抵抗率分布の妥当性を検証すること。
• 静的シフトの影響を受けるものの、3次元MT逆問題が地下抵抗率の不均一性をいかに的確に捉えられるかを評価すること。
• 国家再生可能エネルギー計画における統合的地球物理学的モデリングを通じて、マーチニクにおける地熱資源の評価を支援すること。

提案手法

• アンス・ダンアレ、モントゥーニュ・ペル、ピトン・デュ・カルベットの3か所でMT調査を実施し、100件程度のステーションを取得し、多次元応答および静的シフトを含めた。
• 文化的ノイズを低減し、データ品質を向上させるためにリモートリファレンス処理を適用した。
• 自然な抵抗率分布を保持するため、事前静的シフト補正を施さずに、4つのインピーダンステンソル成分すべてに対して3次元MT逆問題を実施した。
• 海面高および沿岸抵抗率効果を3次元抵抗率モデルに組み込み、海岸から200 kmまで延長されたモデルを構築し、海と陸の境界効果を考慮した。
• 前方モデル計算により海岸効果係数を算出し、逆問題の過程でMT応答を調整し、より良いデータ比較を可能にした。
• 全島をカバーする最新のヘリコプター搭載TEM調査データと照合し、3次元MT結果の浅い深さにおける抵抗率忠実度を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元磁気電気（MT）逆問題は、複雑な火山活動の歴史を有するマーチニクの地熱地域において、どのように深部抵抗率構造を明らかにするか？
• RQ2 スケールの違いおよび静的シフトの影響を受けても、3次元MT逆問題は、浅い深さにおける抵抗率分布をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 沿岸および海洋領域の抵抗率効果は、火山島環境におけるMTデータ解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ4 ヘリコプター搭載TEMデータと照合した場合、3次元MTモデルは浅い深さにおける抵抗率分布を信頼性を持って検証できるか？
• RQ5 マーチニクの小アンティル諸島地域における、異なる地熱資源の候補地に特徴的な抵抗率シグネチャは何か？

主な発見

• モンタニェ・ペル地熱地域では、広範囲にわたる導電的層と単調な抵抗率分布が認められ、直接的な地熱ターゲットの特定が困難である。
• アンス・ダンアレ地域では、主要な構造軸に沿って延長する明確な抵抗率インパルジョンが観察され、浅い深さの地熱ターゲットの可能性が示唆された。
• 3次元MT逆問題は、モンタニェ・ペルおよびアンス・ダンアレ地域の抵抗率構造を的確に捉え、それぞれ異なる火山的・構造的歴史を反映した。
• データ取得スケールおよび静的シフトの違いにもかかわらず、3次元MTによって得られた浅い深さの抵抗率モデルは、ヘリコプター搭載TEM観測とよく一致した。
• 海底地形および海岸効果モデリングの組み込みにより、沿岸域における3次元MT逆問題の結果の正確性が顕著に向上した。
• 本研究は、3次元MT逆問題が静的シフト効果を効果的にモデル化でき、複雑な地質的状況下でも現実的な地下抵抗率分布を再現できることを確認した。